Nuklear-thermoelektrische Rakete
Englisch: nuclear-thermoelectric rocket
Eine Rakete mit einem thermischen Ionentriebwerk, wobei die Ionen durch Strom aus einem Kernreaktor ionisiert werden und die Flüssigkeit, die Quelle der Ionen, durch denselben Kernreaktor erhitzt wird, um den spezifischen Impuls zu erhöhen.
Kernreaktor-Thermoelektrische Rakete: Ionentriebwerk mit bordeigenem Reaktor
Eine Kernreaktor-Thermoelektrische Rakete ist ein Antriebssystem, das einen Kernreaktor mit einem elektrischen Ionentriebwerk verbindet. Der Reaktor erfüllt zwei Funktionen: Er heizt ein Treibmittel (normalerweise Xenon oder Quecksilber) auf hohe Temperatur auf und erzeugt elektrische Energie zur Ionisierung desselben Fluids. Das erhitzte, ionisierte Treibmittel wird dann durch eine magnetische Düse mit extrem hoher Geschwindigkeit ausgestoßen und erzeugt Schub. Diese doppelte Nutzung von Kernenergie macht das System effizienter als nur thermischer oder nur elektrischer Antrieb allein.
Der spezifische Impuls eines solchen Systems kann 800 bis 900 Sekunden erreichen, verglichen mit 300 bis 450 Sekunden für chemische Raketen und über 3000 Sekunden für fortgeschrittene Ionentriebwerke ohne thermische Erwärmung. Die thermische Komponente erhöht die Ausströmgeschwindigkeit der Ionen über das hinaus, was elektrostatische Beschleunigung allein erreichen würde. Das Treibmittel muss eine niedrige Ionisierungsenergie und hohe Atommasse haben, um gut zu funktionieren; Xenon und Quecksilber wurden ausgiebig untersucht, obwohl Quecksilber Bedenken bei Handhabung und Umwelt aufwirft. Der Reaktor muss kompakt und abgeschirmt sein, normalerweise in SNAP-Bauart (Systems for Nuclear Auxiliary Power), die mehrere Hundert Kilogramm wiegt.
Konstruktion und praktischer Betrieb
Diese Triebwerke werden hauptsächlich für Weltraummissionen im tieferen All erforscht, nicht für Starts oder erdnahe Operationen. Die Kombination aus thermischer und elektrischer Erwärmung erfordert sorgfältige Regelung: Wenn der Reaktor übererhitzt, kann die Ionisierungskammer schmelzen; wenn er zu stark abkühlt, wird das Treibmittel nicht effizient ionisiert. Die elektrische Leistung des Reaktors muss stabil sein und die Stromaufnahme der Ionenquelle bewältigen, typischerweise im Kilowatt-Bereich. Wärmeleitung ist eine bedeutende ingenieurtechnische Herausforderung im Vakuum des Weltraums und erfordert große Radiatorpanele.
Es wurde noch kein betriebsbereites Kernreaktor-Thermoelektrisches Triebwerk auf einem realen Raumfahrzeug eingesetzt. Die Entwicklung ist theoretisch und experimentell geblieben und wird von Raumfahrtagenturen und Herstellern durchgeführt. Die behördlichen und politischen Hürden beim Start eines Kernreaktors, selbst eines kleinen, sind erheblich. Bodentests sind begrenzt und kostspielig. Die meisten tatsächlichen Weltraummissionen im tieferen All haben konventionellen chemischen Antrieb oder zunehmend konventionelle Ionentriebwerke mit Solarmodulen oder Radioisotopengeneratoren verwendet.
Der Begriff spiegelt die Hybridnatur des Systems wider: Kern bezieht sich auf die Wärmequelle, thermoelektrisch auf die Kombination aus thermischer Ausdehnung und elektrischer Ionisierung. Es wird manchmal auch als Kernthermo-Elektrisches Triebwerk oder Kernionenmotor bezeichnet, obwohl diese Begriffe weniger präzise sind. Das Konzept erscheint häufig in Missionsarchitektur-Studien, bleibt aber in der Kategorie vielversprechender Zukunftstechnologie und nicht bewährter Hardware.